JP2009156968A - Image fixing device, image forming apparatus, and program - Google Patents

Image fixing device, image forming apparatus, and program Download PDF

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Kazuki Kitazawa
佳月 北沢
Tomoyuki Ito
朋之 伊藤
Masanari Nagata
真生 永田
Yasuto Okabayashi
康人 岡林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image fixing device capable of suppressing deterioration of a heat member due to heat by highly accurately estimating the temperature thereof, and to provide an image forming apparatus and a program. <P>SOLUTION: When a control section detects the turning on of a power source (S101), a heat control section acquires, from a time measuring section, information on time that has passed since the power source is turned off (S102), and determines whether a predetermined time has passed (S103). An operating section acquires information necessary for an estimating operation from a temperature detecting section, a power detecting section, and a storage section (S104). Based on the temperature of the heat roll as an initial temperature, the operating section performs the estimating operation for control exerted to estimate the surface temperature of the heat roll (S105). The heat control section determines whether the surface temperature of the heat roll is nonuniform (S106). If it is determined that the temperature is nonuniform, the heat control section determines a control method (S107), operates a warm-up operation and brings it into a ready state (S108 to 110). Subsequently, it is determined whether to correct layer thickness information for the elastic layer of the heat roll, and a correction is made if necessary (S111 to 113). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像定着装置、画像形成装置及びプログラムに関するものである。   The present invention relates to an image fixing device, an image forming apparatus, and a program.

電子写真方式を利用したプリンタや複写機等の画像形成装置では、まず有機感光体等からなる像保持体の表面に、公知の電子写真プロセスにより形成した静電潜像をトナー像保持体に現像する。次いでこのトナー像を転写装置により記録媒体(用紙など)に静電的に転写した後、定着装置によりトナー像を記録媒体に定着させることにより画像形成が行われる。   In an image forming apparatus such as a printer or a copier using an electrophotographic method, first, an electrostatic latent image formed by a known electrophotographic process is developed on a toner image holding body on the surface of an image holding body made of an organic photoreceptor. To do. Next, the toner image is electrostatically transferred onto a recording medium (such as paper) by a transfer device, and then the toner image is fixed on the recording medium by a fixing device, thereby forming an image.

この定着装置は、一般に、回転駆動される加熱ロールと加圧ロールとからなる熱定着ロールを備えている。これらの熱定着ロール間に形成された接触幅(ニップ)部分を、トナーが転写された記録媒体が通過することにより、記録媒体に熱と圧力が加えられる。これにより、記録媒体上の未定着トナーが溶融・固着(定着)され、その後に画像形成装置外に排出される。   The fixing device generally includes a heat fixing roll including a heated roll and a pressure roll that are rotationally driven. Heat and pressure are applied to the recording medium by passing the recording medium onto which the toner has been transferred through the contact width (nip) portion formed between these heat fixing rolls. As a result, the unfixed toner on the recording medium is melted and fixed (fixed), and then discharged out of the image forming apparatus.

画像形成装置使用中に加熱源から高温の熱を受け続ける加熱ロールの長寿命化には、加熱ロールを所定の温度で安定化させることが必要である。そのため、例えば温度検知センサによって加熱ロールの表面温度を検知し、加熱源のオンオフや加熱源の切り替えを制御する技術が用いられる。   In order to extend the life of a heating roll that continues to receive high-temperature heat from a heating source during use of the image forming apparatus, it is necessary to stabilize the heating roll at a predetermined temperature. Therefore, for example, a technique is used in which the surface temperature of the heating roll is detected by a temperature detection sensor, and the on / off of the heating source and the switching of the heating source are controlled.

一方、熱エネルギー保存則に基づく方程式を解いて計算で温度予測する技術は一般的に知られており、例えば、内側にランプヒータを内蔵したローラ本体の各部の温度分布を計算によって容易かつ正確にシミュレーションする技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1には、ランプヒータが有するフィラメントの内、コイル状に巻回された発光部の各位置から放射された熱を重ね合わせることによって、ローラ本体の各部に与えられる熱量を算出し、かつ、算出された熱量に基づき、ローラ本体の各部の温度分布を算出する構成が開示されている。   On the other hand, a technique for predicting temperature by calculation by solving an equation based on the law of conservation of heat energy is generally known. A technique for simulation has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, the amount of heat given to each part of the roller body is calculated by superimposing heat radiated from each position of the light emitting part wound in a coil shape among the filaments of the lamp heater, And the structure which calculates the temperature distribution of each part of a roller main body based on the calculated calorie | heat amount is disclosed.

特開2006−190499号公報JP 2006-190499 A

本発明は、高精度な温度予測を行うことで加熱部材の熱による劣化を抑制することが可能な画像定着装置、画像形成装置及びプログラムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an image fixing apparatus, an image forming apparatus, and a program capable of suppressing deterioration of a heating member due to heat by performing highly accurate temperature prediction.

請求項1に記載の発明は、互いに異なる複数の発熱分布の相互の切り替えが可能な発熱源と、前記発熱源により加熱される所定幅の加熱領域を有する加熱部材と、前記加熱部材に対峙して設けられ、用紙に転写されたトナー像を当該加熱部材と共に用紙に定着する加圧部材と、前記発熱源による前記加熱部材の加熱が開始される際に当該発熱源による加熱後の当該加熱部材の前記加熱領域の温度分布を所定の演算により予測する予測手段と、前記予測手段による予測結果を基に、前記発熱源の前記複数の発熱分布の中から前記加熱部材の加熱に用いる一又は複数の発熱分布と当該一又は複数の発熱分布での加熱時間とを、当該加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になるように決定する決定手段と、を含む画像定着装置である。
請求項2に記載の発明は、前記決定手段は、前記一又は複数の発熱分布と前記加熱時間とを、前記加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になると共に定着可能な状態に加熱されるまでの時間が所定範囲内になるように決定することを特徴とする請求項1に記載の画像定着装置である。
請求項3に記載の発明は、前記予測手段での所定の演算は、前記発熱源の前記複数の発熱分布の情報と前記加熱部材の幅方向の熱伝導の情報と当該加熱部材から周囲空気への熱移動の情報と当該加熱部材から当該加熱部材を保持する保持部材への熱移動の情報とを用いた演算であることを特徴とする請求項1に記載の画像定着装置である。
請求項4に記載の発明は、定着可能な状態での前記加熱部材の表面温度を検知する温度検知手段と、前記予測手段による予測結果と前記温度検知手段による検知結果との差を算出して前記加熱部材の劣化を検出する劣化検出手段と、を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の画像定着装置である。
The invention according to claim 1 is a heat source capable of switching between a plurality of different heat generation distributions, a heating member having a heating area of a predetermined width heated by the heat generation source, and facing the heating member. A pressure member that fixes the toner image transferred to the sheet together with the heating member, and the heating member after heating by the heat source when heating of the heating member by the heat source is started Prediction means for predicting the temperature distribution of the heating region by a predetermined calculation, and one or more used for heating the heating member from the plurality of heat generation distributions of the heat generation source based on a prediction result by the prediction means And a determination unit that determines a temperature difference in the heating region of the heating member to be a predetermined value or less. .
According to a second aspect of the present invention, the determination means is capable of fixing the one or more heat generation distributions and the heating time while a temperature difference in the heating region of the heating member is equal to or less than a predetermined value. The image fixing device according to claim 1, wherein the time until heating is determined to be within a predetermined range.
According to a third aspect of the present invention, the predetermined calculation by the predicting means includes information on the plurality of heat generation distributions of the heat source, information on heat conduction in the width direction of the heating member, and from the heating member to ambient air. 2. The image fixing device according to claim 1, wherein the calculation is performed using information on the heat transfer of the first heat transfer and information on heat transfer from the heating member to the holding member that holds the heating member.
According to a fourth aspect of the present invention, the temperature detection means for detecting the surface temperature of the heating member in a fixable state, and the difference between the prediction result by the prediction means and the detection result by the temperature detection means is calculated. The image fixing apparatus according to claim 1, further comprising a deterioration detection unit that detects deterioration of the heating member.

請求項5に記載の発明は、像保持体と、前記像保持体に保持されたトナー像を記録媒体に対して転写せしめる転写装置と、前記転写装置により転写されたトナー像を記録媒体に定着する定着装置と、を含み、前記定着装置は、互いに異なる複数の発熱分布の相互の切り替えが可能な発熱源と、前記発熱源により加熱される所定幅の加熱領域を有する加熱部材と、前記加熱部材に対峙して設けられ、用紙に転写されたトナー像を当該加熱部材と共に用紙に定着する加圧部材と、前記発熱源による前記加熱部材の加熱が開始される際に当該発熱源による加熱後の当該加熱部材の前記加熱領域の温度分布を所定の演算により予測する予測手段と、前記予測手段による予測結果を基に、前記発熱源の前記複数の発熱分布の中から前記加熱部材の加熱に用いる一又は複数の発熱分布と当該一又は複数の発熱分布での加熱時間とを、当該加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になるように決定する決定手段と、を含む画像形成装置である。
請求項6に記載の発明は、前記決定手段は、前記一又は複数の発熱分布と前記加熱時間とを、前記加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になると共に定着可能な状態に加熱されるまでの時間が所定範囲内になるように決定することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an image carrier, a transfer device that transfers the toner image held on the image carrier to a recording medium, and the toner image transferred by the transfer device is fixed on the recording medium. The fixing device includes a heating source capable of switching a plurality of different heat generation distributions, a heating member having a heating area having a predetermined width heated by the heating source, and the heating. A pressure member provided opposite to the member and fixing the toner image transferred to the paper together with the heating member to the paper, and after heating by the heat source when the heating member starts heating by the heat source Predicting the temperature distribution of the heating region of the heating member by a predetermined calculation, and heating the heating member from the plurality of heat generation distributions of the heat source based on a prediction result by the prediction unit. Determining means for determining one or more heat generation distributions and a heating time in the one or more heat generation distributions so that a temperature difference in the heating region of the heating member is a predetermined value or less. Forming device.
According to a sixth aspect of the present invention, the determination unit is capable of fixing the one or more heat generation distributions and the heating time while a temperature difference in the heating region of the heating member becomes a predetermined value or less. The image forming apparatus according to claim 5, wherein the time until heating is determined to be within a predetermined range.

請求項7に記載の発明は、用紙に転写されたトナー像を加圧部材と共に用紙に定着する加熱部材の加熱領域を、互いに異なる複数の発熱分布の相互の切り替えが可能な発熱源で加熱する際に当該発熱源を制御するコンピュータ装置に、前記発熱源による前記加熱部材の加熱が開始される際に当該発熱源による加熱後の当該加熱部材の前記加熱領域の温度分布を所定の演算により予測する予測機能と、前記予測機能による予測結果を基に、前記発熱源の前記複数の発熱分布の中から前記加熱部材の加熱に用いる一又は複数の発熱分布と当該一又は複数の発熱分布での加熱時間とを、当該加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になるように決定する決定機能と、を実現させるプログラムである。
請求項8に記載の発明は、前記決定機能は、前記一又は複数の発熱分布と前記加熱時間とを、前記加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になると共に定着可能な状態に加熱されるまでの時間が所定範囲内になるように決定することを特徴とする請求項7に記載のプログラムである。
請求項9に記載の発明は、前記コンピュータ装置に、定着可能な状態での前記加熱部材の表面温度を検知する温度検知機能と、前記予測機能による予測結果と前記温度検知機能による検知結果との差を算出して前記加熱部材の劣化を検出する劣化検出機能と、を更に実現させることを特徴とする請求項7に記載のプログラムである。
According to the seventh aspect of the present invention, the heating region of the heating member that fixes the toner image transferred to the sheet together with the pressure member to the sheet is heated by a heat source that can switch a plurality of different heat generation distributions. When the heating of the heating member by the heating source is started, the computer device that controls the heating source predicts the temperature distribution of the heating region of the heating member after heating by the heating source by a predetermined calculation. One or more heat distributions used for heating the heating member from the plurality of heat generation distributions of the heat generation source and the one or more heat generation distributions based on the prediction function to be performed and a prediction result by the prediction function And a determination function for determining a heating time so that a temperature difference in the heating region of the heating member becomes a predetermined value or less.
According to an eighth aspect of the present invention, the determination function is capable of fixing the one or more heat generation distributions and the heating time while the temperature difference in the heating region of the heating member is equal to or less than a predetermined value. The program according to claim 7, wherein the program is determined so that a time until the heating is within a predetermined range.
According to a ninth aspect of the present invention, the computer device includes a temperature detection function for detecting a surface temperature of the heating member in a fixable state, a prediction result by the prediction function, and a detection result by the temperature detection function. The program according to claim 7, further comprising a deterioration detection function for calculating a difference and detecting deterioration of the heating member.

請求項1によれば、高速な温度予測演算に基づいた最適な温度制御を実現でき、従来よりも高精度な温度予測を行うことで加熱部材の熱による劣化を抑制することが可能になる。
請求項2によれば、加熱部材内の温度差を最小化するような制御を実現し、加熱部材の加熱時の部分的なオーバーヒートの発生を低減することが可能になる。
請求項3によれば、装置固有の情報と装置設置環境及び劣化状況を考慮した温度予測演算により従来よりも温度予測の精度を高めることが可能になる。
請求項4によれば、加熱部材の劣化を毎加熱時に検知するため従来よりも正確に検出することが可能になり、タイムリーにその結果を温度予測演算に反映させることにより高精度な温度予測が可能になる。
請求項5によれば、従来よりも定着装置の長寿命化することにより画像形成装置の信頼性が向上する。
請求項6によれば、加熱部材内の温度差を最小化するような制御を実現し、加熱部材の加熱時の部分的なオーバーヒートの発生を低減することが可能になる。
請求項7によれば、従来のセンサでの温度検知による制御よりも高速で高精度な制御が可能となるため、加熱部材の劣化を抑制することが可能になる。
請求項8によれば、加熱部材内の温度差を最小化するような制御を実現し、加熱部材の加熱時の部分的なオーバーヒートの発生を低減することが可能になる。
請求項9によれば、加熱部材の劣化を従来よりも正確に検出することが可能になる。
According to the first aspect, it is possible to realize optimum temperature control based on a high-speed temperature prediction calculation, and it is possible to suppress deterioration of the heating member due to heat by performing temperature prediction with higher accuracy than conventional.
According to the second aspect, it is possible to realize control that minimizes the temperature difference in the heating member, and to reduce the occurrence of partial overheating when the heating member is heated.
According to the third aspect of the present invention, it is possible to improve the accuracy of the temperature prediction as compared with the prior art by the temperature prediction calculation considering the device-specific information, the device installation environment, and the deterioration state.
According to the fourth aspect, since the deterioration of the heating member is detected at every heating, it is possible to detect the heating member more accurately than in the past, and the result is reflected in the temperature prediction calculation in a timely manner, thereby enabling highly accurate temperature prediction. Is possible.
According to the fifth aspect, the reliability of the image forming apparatus is improved by extending the life of the fixing device as compared with the conventional one.
According to the sixth aspect, it is possible to realize control that minimizes the temperature difference in the heating member, and to reduce the occurrence of partial overheating during heating of the heating member.
According to the seventh aspect, since it is possible to perform high-speed and high-precision control as compared with control based on temperature detection by a conventional sensor, it is possible to suppress deterioration of the heating member.
According to the eighth aspect, it is possible to realize control that minimizes the temperature difference in the heating member, and to reduce the occurrence of partial overheating during heating of the heating member.
According to the ninth aspect, it is possible to detect the deterioration of the heating member more accurately than in the past.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る画像定着装置を有する画像形成装置の概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、所謂タンデム型の画像形成装置であって、例えば電子写真方式にて各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット10(10Y,10M,10C,10K)と、各画像形成ユニット10にて形成された各色成分トナー像を順次転写(一次転写)して保持させる無端状の中間転写ベルト(トナー像の保持体)15と、中間転写ベルト15上に転写された重ね画像を転写材としての用紙に一括転写(二次転写)させる二次転写装置(転写装置)20と、二次転写された画像を用紙上に定着させる定着装置(定着器)41と、を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus having an image fixing apparatus according to the present embodiment. The image forming apparatus shown in FIG. 1 is a so-called tandem type image forming apparatus, for example, a plurality of image forming units 10 (10Y, 10M, 10C, 10K) on which toner images of respective color components are formed by electrophotography. And an endless intermediate transfer belt (toner image holder) 15 for sequentially transferring (primary transfer) and holding each color component toner image formed by each image forming unit 10, and transferring the toner image onto the intermediate transfer belt 15. A secondary transfer device (transfer device) 20 that collectively transfers (secondary transfer) the superimposed images to a sheet as a transfer material, and a fixing device (fixer) 41 that fixes the secondary transferred image on the sheet; It is equipped with. Moreover, it has the control part 40 which controls operation | movement of each apparatus (each part).

本実施の形態において、各画像形成ユニット10(10Y,10M,10C,10K)は、矢印A方向に回転する感光体ドラム(像保持体)11Y,11M,11C,11Kの周囲に電子写真用デバイスが配設されている。すなわち、これらの感光体ドラム11Y,11M,11C,11Kが帯電される帯電器12と、感光体ドラム11Y,11M,11C,11K上に静電潜像が書込まれるレーザ露光器13(図1において露光ビームを符号Bmで示す)と、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム11Y,11M,11C,11K上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像装置14と、が配設されている。また、感光体ドラム11Y,11M,11C,11K上に形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に転写する一次転写ロール16と、感光体ドラム11Y,11M,11C,11K上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ17と、が配設されている。これらの画像形成ユニット10は、中間転写ベルト15の上流側から、イエロー(Y色)、マゼンタ(M色)、シアン(C色)、黒(K色)の順に配置されている。   In the present embodiment, each image forming unit 10 (10Y, 10M, 10C, 10K) includes an electrophotographic device around a photosensitive drum (image holding body) 11Y, 11M, 11C, 11K that rotates in the direction of arrow A. Is arranged. That is, the charger 12 that charges the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K, and the laser exposure unit 13 that writes an electrostatic latent image on the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K (FIG. 1). And a developing device 14 that accommodates each color component toner and visualizes the electrostatic latent images on the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K with the toner. Has been. Further, the primary transfer roll 16 that transfers the color component toner images formed on the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K to the intermediate transfer belt 15, and the residual toner on the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K A drum cleaner 17 to be removed is disposed. These image forming units 10 are arranged in the order of yellow (Y color), magenta (M color), cyan (C color), and black (K color) from the upstream side of the intermediate transfer belt 15.

また、中間転写体である中間転写ベルト15は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の導電剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトである。この中間転写ベルト15は、各種ロールによって図1に示す矢印B方向に所定の速度で循環駆動(回動)可能に構成されている。この各種ロールとして、図示しないモータにより駆動されて中間転写ベルト15を回動させる駆動ロール31と、中間転写ベルト15に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト15の蛇行を防止する機能を備えたテンションロール32と、を有する。他の各種ロールとして、中間転写ベルト15を支持し、一定の張力を与える従動ロール33と、二次転写する部分に設けられたバックアップロール(支持ロール)22と、を有している。   The intermediate transfer belt 15 as an intermediate transfer member is a film-like endless belt in which an appropriate amount of a conductive agent such as carbon black is contained in a resin such as polyimide or polyamide. The intermediate transfer belt 15 can be circulated and rotated (rotated) at a predetermined speed in the direction of arrow B shown in FIG. 1 by various rolls. As these various rolls, there are provided a drive roll 31 that is driven by a motor (not shown) to rotate the intermediate transfer belt 15 and a function of giving a constant tension to the intermediate transfer belt 15 and preventing meandering of the intermediate transfer belt 15. Tension roll 32. As other various rolls, there are a driven roll 33 that supports the intermediate transfer belt 15 and applies a constant tension, and a backup roll (support roll) 22 provided in a secondary transfer portion.

各感光体ドラム11Y,11M,11C,11Kに対向して設けられた中間転写モジュール18において、略直線状に延びる中間転写ベルト15の内側に設けられる各一次転写ロール16には、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム11Y,11M,11C,11K上のトナー像が中間転写ベルト15に順次、静電吸引され、中間転写ベルト15上に重ねトナー像が形成されるようになっている。   In the intermediate transfer module 18 provided to face the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K, each primary transfer roll 16 provided inside the intermediate transfer belt 15 that extends substantially linearly has a charging polarity of toner. A voltage with the opposite polarity is applied. Thus, the toner images on the respective photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K are sequentially electrostatically attracted to the intermediate transfer belt 15, and a superimposed toner image is formed on the intermediate transfer belt 15. .

二次転写装置20は、中間転写ベルト15のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール21と、その対向ロールとしてのバックアップロール22と、を備えている。すなわち、二次転写ロール21は、中間転写ベルト15を挟んでバックアップロール22に圧接配置されている。このように構成された二次転写装置20によって、中間転写ベルト15上に多重転写された可視像が、後述する用紙トレイ35から搬送された用紙に転写される。   The secondary transfer device 20 includes a secondary transfer roll 21 disposed on the toner image holding surface side of the intermediate transfer belt 15 and a backup roll 22 as an opposite roll. That is, the secondary transfer roll 21 is disposed in pressure contact with the backup roll 22 with the intermediate transfer belt 15 interposed therebetween. By the secondary transfer device 20 configured as described above, the visible image that has been multiplex-transferred onto the intermediate transfer belt 15 is transferred onto a sheet conveyed from a sheet tray 35 described later.

バックアップロール22の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト15上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト15の表面をクリーニングするベルトクリーナ34が設けられている。   A belt cleaner 34 that removes residual toner and paper dust on the intermediate transfer belt 15 after the secondary transfer and cleans the surface of the intermediate transfer belt 15 is provided on the downstream side of the backup roll 22.

二次転写位置の上流側には、用紙を収容する用紙トレイ35が設けられ、また、二次転写位置の下流側には定着装置41が設けられている。そして、用紙トレイ35に集積された用紙は、所定のタイミングで取り出されて二次転写装置20による二次転写位置へ搬送されて二次転写された後に、定着装置41と搬送される。
ここで、定着装置41は、加熱ロール(加熱部材)42と、加熱ロール42に内蔵されるハロゲンランプ(発熱源、加熱源)43と、加熱ロール42に対向配置される加圧ロール(加圧部材)44と、を備えている。詳細は後述する。
A paper tray 35 for storing paper is provided on the upstream side of the secondary transfer position, and a fixing device 41 is provided on the downstream side of the secondary transfer position. Then, the sheets stacked on the sheet tray 35 are taken out at a predetermined timing, conveyed to a secondary transfer position by the secondary transfer device 20 and secondarily transferred, and then conveyed to the fixing device 41.
Here, the fixing device 41 includes a heating roll (heating member) 42, a halogen lamp (heat generation source, heating source) 43 built in the heating roll 42, and a pressure roll (pressure application) disposed opposite to the heating roll 42. Member) 44. Details will be described later.

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図示しない画像読取装置や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図1に示す画像形成装置に入力される。画像形成装置では、図示しない画像処理装置にて所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット10等によって作像作業が実行される。画像処理装置では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の4色の色材階調データに変換され、レーザ露光器13に出力される。   Next, a basic image forming process of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described. Image data output from an image reading device (not shown) or a personal computer (PC) (not shown) is input to the image forming apparatus shown in FIG. In the image forming apparatus, after predetermined image processing is performed by an image processing apparatus (not shown), an image forming operation is performed by the image forming unit 10 or the like. In the image processing apparatus, the input reflectance data is subjected to image processing such as shading correction, position shift correction, brightness / color space conversion, gamma correction, frame deletion, color editing, and movement editing. The image data subjected to the image processing is converted into color material gradation data of four colors of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K), and is output to the laser exposure unit 13. .

レーザ露光器13では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームBmを画像形成ユニット10Y,10M,10C,10Kの各々の感光体ドラム11Y,11M,11C,11Kに照射している。画像形成ユニット10Y,10M,10C,10Kの感光体ドラム11Y,11M,11C,11Kでは、帯電器12によって表面が帯電された後、このレーザ露光器13によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット10Y,10M,10C,10Kにて、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナー像として現像される。
画像形成ユニット10Y,10M,10C,10Kの感光体ドラム11Y,11M,11C,11K上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム11Y,11M,11C,11Kと中間転写ベルト15とが当接する一次転写部にて、中間転写ベルト15上に転写される。より具体的には、一次転写部において、一次転写ロール16にて中間転写ベルト15の基材に対しトナーの帯電極性と逆極性の電圧が付加され、未定着トナー像が中間転写ベルト15の表面に順次重ね合わせられて一次転写が行われる。このようにして一次転写された未定着トナー像は、中間転写ベルト15の回転に伴って二次転写装置20に搬送される。
In the laser exposure device 13, for example, an exposure beam Bm emitted from a semiconductor laser is applied to the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C of the image forming units 10Y, 10M, 10C, 10K according to the input color material gradation data. , 11K. In the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K of the image forming units 10Y, 10M, 10C, and 10K, the surface is charged by the charger 12, and then the surface is scanned and exposed by the laser exposure unit 13, thereby electrostatic latent images. Is formed. The formed electrostatic latent image is developed as a toner image of each color of yellow, magenta, cyan, and black in each of the image forming units 10Y, 10M, 10C, and 10K.
The toner images formed on the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K of the image forming units 10Y, 10M, 10C, and 10K are in contact with the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K and the intermediate transfer belt 15. The image is transferred onto the intermediate transfer belt 15 at the primary transfer portion. More specifically, in the primary transfer portion, the primary transfer roll 16 applies a voltage having a polarity opposite to the charged polarity of the toner to the base material of the intermediate transfer belt 15, and the unfixed toner image is transferred to the surface of the intermediate transfer belt 15. Are sequentially superposed on each other to perform primary transfer. The unfixed toner image primarily transferred in this way is conveyed to the secondary transfer device 20 as the intermediate transfer belt 15 rotates.

二次転写装置20では、用紙への二次転写のタイミングに合わせ、中間転写ベルト15が間に挟まれた状態にて二次転写ロール21がバックアップロール22に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙は、中間転写ベルト15と二次転写ロール21との間に挟み込まれる。そして、二次転写ロール21に対向電極として転写電界が形成され、二次転写ロール21とバックアップロール22とによって押圧される二次転写位置にて、中間転写ベルト15上に保持された未定着トナー像が用紙に静電転写される。
その後、トナー像が静電転写された用紙は、二次転写ロール21によって中間転写ベルト15から剥離された状態でそのまま搬送される。そして、定着装置41における最適な搬送速度に合わせて速度が変えられて、用紙が定着装置41まで搬送される。用紙上の未定着トナー像は、定着装置41によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙上に定着される。定着画像が形成された用紙は、排出ロール(図示せず)によって装置の外部に排出される。
一方、用紙への転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、ベルトクリーナ34によって中間転写ベルト15上から除去される。
In the secondary transfer device 20, the secondary transfer roll 21 is pressed against the backup roll 22 in a state where the intermediate transfer belt 15 is sandwiched therebetween in accordance with the timing of the secondary transfer onto the paper. At this time, the sheet conveyed in time is sandwiched between the intermediate transfer belt 15 and the secondary transfer roll 21. An unfixed toner held on the intermediate transfer belt 15 at a secondary transfer position where a transfer electric field is formed as a counter electrode on the secondary transfer roll 21 and is pressed by the secondary transfer roll 21 and the backup roll 22. The image is electrostatically transferred to the paper.
Thereafter, the sheet on which the toner image has been electrostatically transferred is conveyed as it is while being peeled off from the intermediate transfer belt 15 by the secondary transfer roll 21. Then, the speed is changed in accordance with the optimum conveyance speed in the fixing device 41, and the paper is conveyed to the fixing device 41. The unfixed toner image on the sheet is fixed on the sheet by being subjected to a fixing process by heat and pressure by the fixing device 41. The paper on which the fixed image is formed is discharged to the outside of the apparatus by a discharge roll (not shown).
On the other hand, after the transfer to the paper is completed, the residual toner remaining on the intermediate transfer belt 15 is conveyed to the cleaning unit as the intermediate transfer belt 15 rotates, and is removed from the intermediate transfer belt 15 by the belt cleaner 34. Is done.

図2は、定着装置41を構成する加熱ロール42、ハロゲンランプ43及び加圧ロール44の横断面図である。
図2に示すように、定着装置41の加熱ロール42は、鉄やアルミニウム等のコア層(基材)42rと、このコア層42rを覆うシリコンゴム等の弾性層42cと、コア層42rの中心部に設けられた加熱用のハロゲンランプ(熱源)43と、を備えている。また、加圧ロール44は、コア層44rと、このコア層44rを覆う弾性層44cと、を備えている。
なお、加熱ロール42の弾性層42cを図示しない離型層が更に覆うように構成することができ、また、加圧ロール44の弾性層44cを図示しない離型層が更に覆うように構成することができる。また、加熱ロール42は、弾性層42cを有するいわゆるソフトロールであるが、弾性層42cを有しないいわゆるハードロールで構成することも考えられる。また、加圧ロール44にも、加熱ロール42が備えているハロゲンランプ43を設けることも考えられる。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the heating roll 42, the halogen lamp 43, and the pressure roll 44 that constitute the fixing device 41.
As shown in FIG. 2, the heating roll 42 of the fixing device 41 includes a core layer (base material) 42r such as iron or aluminum, an elastic layer 42c such as silicon rubber covering the core layer 42r, and the center of the core layer 42r. And a halogen lamp (heat source) 43 for heating provided in the section. The pressure roll 44 includes a core layer 44r and an elastic layer 44c that covers the core layer 44r.
The elastic layer 42c of the heating roll 42 can be further covered with a release layer (not shown), and the elastic layer 44c of the pressure roll 44 is further covered with a release layer (not shown). Can do. Moreover, although the heating roll 42 is what is called a soft roll which has the elastic layer 42c, it can also be comprised by what is called a hard roll which does not have the elastic layer 42c. It is also conceivable to provide the pressure roll 44 with a halogen lamp 43 provided in the heating roll 42.

このように構成された加熱ロール42及び加圧ロール44は、次のような作用を有する。すなわち、搬送されてきた用紙は、加圧ロール44により加熱ロール42に、例えば0.1〜0.8MPaの圧力で押圧される。そして、用紙の表面側に保持されているトナー像のトナー樹脂が加熱溶融され、用紙に定着される。なお、本実施の形態では、加熱ロール42及び加圧ロール44を用いて定着装置41を構成しているが、他の構成、例えばロールにベルトを張架した構成を採用することも可能である。   The heating roll 42 and the pressure roll 44 thus configured have the following operation. That is, the conveyed paper is pressed against the heating roll 42 by the pressure roll 44 at a pressure of 0.1 to 0.8 MPa, for example. Then, the toner resin of the toner image held on the front side of the paper is heated and melted and fixed on the paper. In the present embodiment, the fixing device 41 is configured by using the heating roll 42 and the pressure roll 44, but other configurations, for example, a configuration in which a belt is stretched around the roll may be employed. .

図3は、加熱ロール42の支持構造を説明する概略図である。
図3に示すように、加熱ロール42は、各端部が支持体(保持部材)45,46で支持されており、これにより、定着装置41の一部として設置されている。この支持体45,46は、例えば鉄やアルミニウム等の金属で形成されている。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the support structure of the heating roll 42.
As shown in FIG. 3, each end of the heating roll 42 is supported by support bodies (holding members) 45 and 46, and is thereby installed as a part of the fixing device 41. The supports 45 and 46 are made of a metal such as iron or aluminum, for example.

図4及び図5は、加熱ロール42が内蔵するハロゲンランプ43a,43bについての説明図である。具体的には、図4の(a)は、ハロゲンランプ43a,43bの構成を説明するための概略図であり、(b)は、ハロゲンランプ43aによる発熱分布を示すグラフであり、(c)はハロゲンランプ43bによる発熱分布を示すグラフである。また、図5の(a)〜(f)は、ハロゲンランプ43a,43bの組み合わせによる発熱分布を示すグラフである。各グラフの縦軸は発熱量(W)、横軸は加熱ロール42の一端部からの離間距離(mm)である。なお、ここにいう発熱分布とは、発光強度を表すものをいい、ハロゲンランプ43a又はハロゲンランプ43bの全体のワッテージに対して相対値で表されている。すなわち、発光分布を軸方向(グラフの横軸方向)に積分すると、全体のワット数になる。
図4の(a)に示すように、加熱ロール42は、ハロゲンランプ43として2本のハロゲンランプ43a,43bを内部に備えている。これら2本のハロゲンランプ43a,43bは、互いに配光が異なるものである。すなわち、ハロゲンランプ43aには、加熱ロール42の軸方向での両端部(各端部)に発光部が配置され、ハロゲンランプ43bには、加熱ロール42の中央部(両端部に挟まれている軸方向での中間部)に発光部が配置されている。このため、ハロゲンランプ43aは、図4の(b)に示すように、加熱ロール42の各端部を加熱し、ハロゲンランプ43bは、図4の(c)に示すように、加熱ロール42の中間部を加熱する。言い換えると、加熱ロール42の各端部は、主にハロゲンランプ43aにより加熱され、加熱ロール42の中間部は、主にハロゲンランプ43bにより加熱される。このような構成によって、加熱ロール42に加熱領域Rが形成されている。
4 and 5 are explanatory diagrams of the halogen lamps 43a and 43b built in the heating roll 42. FIG. Specifically, FIG. 4A is a schematic diagram for explaining the configuration of the halogen lamps 43a and 43b, FIG. 4B is a graph showing a heat generation distribution by the halogen lamp 43a, and FIG. These are graphs showing the heat generation distribution by the halogen lamp 43b. Moreover, (a)-(f) of FIG. 5 is a graph which shows the heat_generation | fever distribution by the combination of the halogen lamps 43a and 43b. In each graph, the vertical axis represents the calorific value (W), and the horizontal axis represents the separation distance (mm) from one end of the heating roll 42. Here, the heat generation distribution refers to a value representing the emission intensity, and is expressed as a relative value with respect to the entire wattage of the halogen lamp 43a or the halogen lamp 43b. That is, when the light emission distribution is integrated in the axial direction (the horizontal axis direction of the graph), the total wattage is obtained.
As shown in FIG. 4A, the heating roll 42 includes two halogen lamps 43 a and 43 b inside as the halogen lamp 43. The two halogen lamps 43a and 43b have different light distributions. That is, the halogen lamp 43a is provided with light emitting portions at both ends (each end) in the axial direction of the heating roll 42, and the halogen lamp 43b is sandwiched between the central portions (both ends) of the heating roll 42. A light emitting portion is arranged in an intermediate portion in the axial direction. Therefore, the halogen lamp 43a heats each end of the heating roll 42 as shown in FIG. 4B, and the halogen lamp 43b is connected to the heating roll 42 as shown in FIG. The middle part is heated. In other words, each end of the heating roll 42 is mainly heated by the halogen lamp 43a, and an intermediate portion of the heating roll 42 is mainly heated by the halogen lamp 43b. With such a configuration, the heating region R is formed in the heating roll 42.

これらのハロゲンランプ43a,43bは、制御部40(図1参照)により加熱制御される。すなわち、制御部40は、加熱ロール42がハロゲンランプ43aにより加熱されると共にハロゲンランプ43bにより加熱されるように加熱状態を制御する。   These halogen lamps 43a and 43b are heated and controlled by the control unit 40 (see FIG. 1). That is, the control unit 40 controls the heating state so that the heating roll 42 is heated by the halogen lamp 43a and is also heated by the halogen lamp 43b.

また、ハロゲンランプ43a,43bは、両者のエネルギー比率を変更するように制御部40により加熱制御される。すなわち、制御部40は、ハロゲンランプ43aとハロゲンランプ43bとの間の相対的な発熱量を変更するように制御する。したがって、加熱ロール42の各端部での給熱量と中間部での給熱量との比率を変更可能に構成されている。その詳細は後述する。   The halogen lamps 43a and 43b are controlled by the control unit 40 so as to change the energy ratio between them. That is, the control unit 40 performs control so as to change the relative amount of heat generated between the halogen lamp 43a and the halogen lamp 43b. Accordingly, the ratio of the amount of heat supplied at each end of the heating roll 42 and the amount of heat supplied at the intermediate portion can be changed. Details thereof will be described later.

なお、本実施の形態では、上述したように、ハロゲンランプ43a,43bの両方で加熱ロール42を加熱する制御を行うものであるが、ハロゲンランプ43aとハロゲンランプ43bのいずれか一方により加熱ロール42を加熱する制御も考えられる。また、本実施の形態では、ハロゲンランプ43を2本のハロゲンランプ43a,43bで構成しているが、それ以外の数のハロゲンランプ例えば1本又は3本で構成することも考えられる。   In the present embodiment, as described above, the heating roll 42 is controlled to be heated by both the halogen lamps 43a and 43b, but the heating roll 42 is controlled by one of the halogen lamp 43a and the halogen lamp 43b. It is also possible to control the heating. In this embodiment, the halogen lamp 43 is composed of two halogen lamps 43a and 43b. However, it is also conceivable that the halogen lamp 43 is composed of another number of halogen lamps, for example, one or three.

図5の(a)に示す発熱分布(発光パターン、配熱パターン)は、ハロゲンランプ43aとハロゲンランプ43bとが1:1の場合(Aパターン)であり、同図の(b)に示す発熱分布は、ハロゲンランプ43aとハロゲンランプ43bとが0.5:0.5の場合(Bパターン)である。このように、加熱ロール42の各端部及び中間部の全域に亘って加熱するときに、その発熱量を変えることができるように構成されている。   The heat generation distribution (light emission pattern, heat distribution pattern) shown in FIG. 5A is the case where the halogen lamp 43a and the halogen lamp 43b are 1: 1 (A pattern), and the heat generation shown in FIG. The distribution is when the halogen lamp 43a and the halogen lamp 43b are 0.5: 0.5 (B pattern). In this way, when heating is performed over the entire region of each end and intermediate portion of the heating roll 42, the amount of heat generated can be changed.

また、図5の(c)に示す発熱分布は、ハロゲンランプ43aとハロゲンランプ43bとが1:0.5の場合(Cパターン)であり、同図の(d)に示す発熱分布では、1:0.2の場合(Dパターン)である。また、同図の(e)に示す発熱分布は、ハロゲンランプ43aとハロゲンランプ43bとが0.5:1の場合(Eパターン)であり、同図の(f)に示す発熱分布では、0.2:1の場合(Fパターン)である。このように、加熱ロール42の各端部と中間部とで、発熱量を変えることができるように構成されている。   Further, the heat generation distribution shown in (c) of FIG. 5 is the case where the halogen lamp 43a and the halogen lamp 43b are 1: 0.5 (C pattern). In the heat generation distribution shown in (d) of FIG. : 0.2 (D pattern). Further, the heat generation distribution shown in (e) of the figure is the case where the halogen lamp 43a and the halogen lamp 43b are 0.5: 1 (E pattern), and the heat generation distribution shown in (f) of the same figure is 0. .2: 1 (F pattern). Thus, it is comprised so that the emitted-heat amount can be changed with each edge part of the heating roll 42, and an intermediate part.

図6は、定着装置41の構成を示すブロック図である。
図6に示すように、定着装置41は、加熱ロール42の表面温度を検知する温度検知部(温度検知手段)47と、ハロゲンランプ43(図4の(a)に示すハロゲンランプ43a,43b)に電力を供給する電源48と、電源48からハロゲンランプ43へ供給される電圧及び電流(電力)を検出する電力検出部49と、を備えている。また、定着装置41は、各種の情報を記憶する記憶部50と、加熱ロール42の表面温度分布の予測演算を行う演算部51と、演算部51の演算結果を基に電源48の出力を制御する加熱制御部52と、を備えている。また、定着装置41は、画像形成装置の図示しない主電源がオフになってからの経過時間を計時(カウント)する計時部(タイマー)53と、加熱ロール42の劣化を検出する劣化検出部(劣化検出手段)54と、を備えている。なお、演算部51及び加熱制御部52により予測手段を構成することができる。また、加熱制御部52により決定手段を構成することができる。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the fixing device 41.
As shown in FIG. 6, the fixing device 41 includes a temperature detection unit (temperature detection means) 47 that detects the surface temperature of the heating roll 42, and a halogen lamp 43 (halogen lamps 43a and 43b shown in FIG. 4A). And a power detection unit 49 that detects a voltage and a current (power) supplied from the power supply 48 to the halogen lamp 43. The fixing device 41 controls the output of the power supply 48 based on the calculation result of the storage unit 50 that stores various information, the calculation unit 51 that performs prediction calculation of the surface temperature distribution of the heating roll 42, and the calculation unit 51. And a heating control unit 52 that performs. In addition, the fixing device 41 includes a time measuring unit (timer) 53 that measures an elapsed time since the main power source (not shown) of the image forming apparatus is turned off, and a deterioration detecting unit (deteriorating the heating roll 42). Degradation detection means) 54. The calculation unit 51 and the heating control unit 52 can constitute a prediction unit. Further, the heating control unit 52 can constitute a determining means.

温度検知部47は、加熱ロール42の軸方向において互いに異なる複数個所の表面温度を検知する。具体的には、温度検知部47は、軸方向中央部分の表面温度を検知し、かつ、軸方向一端部分の表面温度を検知する。ここにいう表面温度とは、初期温度ないし雰囲気温度と同じものをいう。温度検知部47は、検知した表面温度を演算部51及び劣化検出部54に送信する。   The temperature detector 47 detects surface temperatures at a plurality of different locations in the axial direction of the heating roll 42. Specifically, the temperature detector 47 detects the surface temperature of the central portion in the axial direction and detects the surface temperature of one end portion in the axial direction. The surface temperature referred to here is the same as the initial temperature or the ambient temperature. The temperature detection unit 47 transmits the detected surface temperature to the calculation unit 51 and the deterioration detection unit 54.

電源48は、加熱制御部52の制御に基づいてハロゲンランプ43a,43bへ電力を供給する。具体的には、電源48は、加熱制御部52から、ハロゲンランプ43a,43bの各々の供給電力量及び供給時間についての指示を受け、その指示に従ってハロゲンランプ43a,43bへの電力供給を行う。   The power supply 48 supplies power to the halogen lamps 43a and 43b based on the control of the heating control unit 52. Specifically, the power supply 48 receives an instruction about the amount of power supplied and the supply time of each of the halogen lamps 43a and 43b from the heating control unit 52, and supplies power to the halogen lamps 43a and 43b according to the instruction.

電力検出部49は、電源48からハロゲンランプ43aへ供給される電圧及び電流を検出すると共に電源48からハロゲンランプ43bへ供給される電圧及び電流を検出し、その検出結果を演算部51に送信する。   The power detection unit 49 detects the voltage and current supplied from the power supply 48 to the halogen lamp 43a, detects the voltage and current supplied from the power supply 48 to the halogen lamp 43b, and transmits the detection result to the calculation unit 51. .

記憶部50は、演算部51が予測演算を行うのに必要な各種の情報を記憶する。すなわち、記憶部50は、加熱ロール42のコア層42r(図2参照)及び弾性層42c(図2参照)の材質、厚み(層厚)及び長さを記憶するほか、熱容量及び熱伝導率を記憶する。その一例を具体的に列挙すると、例えば、コア層42rの断面積Ar(m2)と熱伝導率λr(W/m3・K)及び弾性層42cの断面積Acと熱伝導率λcである。また、コア層42rの内周面の表面積Ain及び弾性層42cの外周面の表面積Aoutである。
また、記憶部50は、ハロゲンランプ43a,43bの各々の発熱分布(図4の(b)及び(c)参照)を記憶する。すなわち、ハロゲンランプ43a,43bの軸方向の各点における発熱量を予め取得し、記憶する。
また、記憶部50は、加熱ロール42の表面及び内部への放熱条件と支持体45,46への放熱条件とを記憶する。その一例を具体的に列挙すると、コア層42rの内周面から空気への熱伝達係数αin(W/m2・K)、弾性層42cの外周面から空気への熱伝達係数αout(W/m2・K)及びコア層42rから支持体45,46への熱伝達係数αsである。
The storage unit 50 stores various information necessary for the calculation unit 51 to perform prediction calculation. That is, the storage unit 50 stores the material, thickness (layer thickness), and length of the core layer 42r (see FIG. 2) and the elastic layer 42c (see FIG. 2) of the heating roll 42, as well as the heat capacity and thermal conductivity. Remember. When specifically enumerated an example thereof, for example, the cross-sectional area A r of the core layer 42r (m 2) and the thermal conductivity λ r (W / m 3 · K) and cross-sectional area A c and the thermal conductivity of the elastic layer 42c λ c . Further, the surface area A in of the inner peripheral surface of the core layer 42r and the surface area A out of the outer peripheral surface of the elastic layer 42c.
In addition, the storage unit 50 stores the heat distribution of each of the halogen lamps 43a and 43b (see (b) and (c) of FIG. 4). That is, the amount of heat generated at each point in the axial direction of the halogen lamps 43a and 43b is acquired and stored in advance.
In addition, the storage unit 50 stores heat dissipation conditions for the surface and inside of the heating roll 42 and heat dissipation conditions for the supports 45 and 46. When specifically enumerated an example thereof, the heat transfer coefficient α in (W / m 2 · K) from the inner peripheral surface of the core layer 42r to air, heat transfer coefficient from the outer peripheral surface of the elastic layer 42c to the air alpha out ( W / m 2 · K) and the heat transfer coefficient α s from the core layer 42 r to the supports 45 and 46.

演算部51は、温度検知部47により検知された表面温度と、電力検出部49による検出結果と、記憶部50に記憶されている情報と、を用いて所定の演算を行うことで、加熱ロール42の軸方向における表面温度分布を算出する。演算部51により算出された表面温度分布は、加熱制御部52及び劣化検出部54に送信される。本実施の形態では、このように表面温度分布を予測する構成を採用している。具体的な演算については、後述する。   The calculation unit 51 performs a predetermined calculation using the surface temperature detected by the temperature detection unit 47, the detection result by the power detection unit 49, and the information stored in the storage unit 50, whereby the heating roll The surface temperature distribution in the axial direction of 42 is calculated. The surface temperature distribution calculated by the calculation unit 51 is transmitted to the heating control unit 52 and the deterioration detection unit 54. In the present embodiment, a configuration for predicting the surface temperature distribution is adopted. Specific calculation will be described later.

加熱制御部52は、演算部51により算出された表面温度分布に基づいてハロゲンランプ43a,43bについての制御パターンを決定する。すなわち、加熱制御部52は、演算部51により予測された表面温度分布を用いてハロゲンランプ43a,43bの点灯時間及び発光強度を決定する。そして、加熱制御部52は、決定した制御パターンに従って電源48の出力を制御する。   The heating control unit 52 determines a control pattern for the halogen lamps 43 a and 43 b based on the surface temperature distribution calculated by the calculation unit 51. That is, the heating control unit 52 determines the lighting time and light emission intensity of the halogen lamps 43 a and 43 b using the surface temperature distribution predicted by the calculation unit 51. And the heating control part 52 controls the output of the power supply 48 according to the determined control pattern.

計時部53は、画像形成装置の主電源オフからの経過時間を計時し、経過時間情報として加熱制御部52に出力する。計時部53により計時された経過時間は、画像形成装置の主電源がオンになった時点の詳細状態を加熱制御部52で予測するのに用いられる。   The timer 53 measures the elapsed time from the main power-off of the image forming apparatus and outputs the elapsed time information to the heating controller 52 as elapsed time information. The elapsed time measured by the time measuring unit 53 is used for the heating control unit 52 to predict the detailed state when the main power source of the image forming apparatus is turned on.

劣化検出部54は、温度検知部47により検知された表面温度と演算部51により演算された表面温度分布を用いて、加熱ロール42の劣化を検出する。すなわち、劣化検出部54は、温度検知部47による実際の表面温度と演算部51による予測値との誤差を基に、加熱ロール42の弾性層42cの劣化状態を推定する。劣化検出部54は、弾性層42cの劣化を検出すると、記憶部50に予め記憶されている情報、例えば制御パターンの書き換えを記憶部50に指示する。   The deterioration detector 54 detects deterioration of the heating roll 42 using the surface temperature detected by the temperature detector 47 and the surface temperature distribution calculated by the calculator 51. That is, the deterioration detection unit 54 estimates the deterioration state of the elastic layer 42 c of the heating roll 42 based on the error between the actual surface temperature by the temperature detection unit 47 and the predicted value by the calculation unit 51. When detecting the deterioration of the elastic layer 42c, the deterioration detection unit 54 instructs the storage unit 50 to rewrite information stored in advance in the storage unit 50, for example, a control pattern.

図7は、画像形成装置の主電源がオンになった後の処理手順を示すフローチャートである。図8の(a)〜(c)の各々は、定着装置41の加熱ロール42(図6参照)の軸方向における予測温度分布を示すグラフであり、縦軸が温度(℃)、横軸がロール軸方向位置(mm)である。
図7に示すフローチャートでは、画像形成装置の図示しない主電源がオン(電源オン)になったことを制御部40(図1参照)が検知すると(ステップ101)、加熱制御部52(図6参照)は、直近の主電源オフ時からの経過時間情報を計時部53(図6参照)から取得し(ステップ102)、画像形成装置の初期状態を把握するために所定時間が経過したか否かを判断する(ステップ103)。すなわち、加熱制御部52は、定着装置41の加熱ロール42の表面温度が常温にまで下がっているか否かを判断する。具体的には、加熱ロール42の冷却に十分な時間が経過していれば、ステップ104に進んで予測制御についての処理手順を行い、その一方で、そのような時間が経過していなければ、図7の処理手順を終了する。
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure after the main power supply of the image forming apparatus is turned on. Each of (a) to (c) of FIG. 8 is a graph showing a predicted temperature distribution in the axial direction of the heating roll 42 (see FIG. 6) of the fixing device 41, where the vertical axis represents temperature (° C.) and the horizontal axis represents. Roll axis direction position (mm).
In the flowchart shown in FIG. 7, when the control unit 40 (see FIG. 1) detects that the main power supply (not shown) of the image forming apparatus is turned on (power on) (step 101), the heating control unit 52 (see FIG. 6). ) Obtains elapsed time information from the last main power-off from the timer 53 (see FIG. 6) (step 102), and whether or not a predetermined time has passed in order to grasp the initial state of the image forming apparatus. Is determined (step 103). That is, the heating control unit 52 determines whether or not the surface temperature of the heating roll 42 of the fixing device 41 has been lowered to room temperature. Specifically, if a sufficient time for cooling the heating roll 42 has elapsed, the process proceeds to step 104 to perform a processing procedure for predictive control, and on the other hand, if such a time has not elapsed, The processing procedure in FIG. 7 ends.

ステップ103について付言すると、加熱ロール42の冷却に十分な時間が経過していると加熱制御部52が判断したときには、温度検知部47は、検知した温度を温度情報として演算部51に送信する。また、電力検出部49(図6参照)は、検出した電力を電力情報として演算部51に送信する。そして、ステップ104に進む。なお、加熱ロール42の冷却に十分な時間が経過しているときには、図8の(a)に示すように、加熱ロール42の軸方向における各位置の温度が略均一になっていることを予測演算の前提とする。   If it adds about step 103, when the heating control part 52 judges that sufficient time for cooling of the heating roll 42 has passed, the temperature detection part 47 will transmit the detected temperature to the calculating part 51 as temperature information. Moreover, the power detection unit 49 (see FIG. 6) transmits the detected power to the calculation unit 51 as power information. Then, the process proceeds to Step 104. When a sufficient time has passed for cooling the heating roll 42, it is predicted that the temperature at each position in the axial direction of the heating roll 42 is substantially uniform, as shown in FIG. It is a premise of calculation.

このようにして、演算部51は、予測演算に必要な情報として、温度情報及び電力情報を温度検知部47及び電力検出部49から取得する(ステップ104)。また、演算部51は、予測演算に必要な他の情報を記憶部50から読み出すことで取得する(ステップ104)。その後、演算部51は、加熱ロール42の温度を初期温度として、加熱ロール42の表面温度を予測する制御(温度予測制御)についての予測演算を行う(ステップ105)。   Thus, the calculating part 51 acquires temperature information and electric power information from the temperature detection part 47 and the electric power detection part 49 as information required for a prediction calculation (step 104). Moreover, the calculating part 51 acquires by reading the other information required for prediction calculation from the memory | storage part 50 (step 104). Thereafter, the calculation unit 51 performs prediction calculation for control (temperature prediction control) for predicting the surface temperature of the heating roll 42 using the temperature of the heating roll 42 as an initial temperature (step 105).

ここで、ステップ105における温度予測の演算について説明する。
図9は、加熱ロール42の温度予測モデルを説明するための図であり、加熱ロール42の軸方向に沿って切断した断面図を概略的に示すものである。
図9に示す温度予測モデルは、加熱ロール42を軸方向に沿ってn個のセルに分割している。そのセル幅(分割幅)をdxとする。ある位置i(i=1〜n)での温度をTiとし、弾性層42c及びコア層42rで厚さ方向に温度分布を持たず、各セル内温度は均一とする。図9には、加熱ロール42の弾性層42cにおける軸方向熱伝導により出入りする熱量q1と、加熱ロール42のコア層42rにおける軸方向熱伝導により出入りする熱量q2と、が図示されている。また、図9には、加熱ロール42の内面(コア層42rの内周面)から空気へ移動する熱量q3と、加熱ロール42の表面(弾性層42cの外周面)から空気へ移動する熱量q4と、が図示されている。また、図9には、加熱ロール42のコア層42rから支持体45へ移動する熱量q5と、加熱ロール42のコア層42rから支持体46へ移動する熱量q6と、ハロゲンランプ43により加熱ロール42に供給されるランプ発熱量qlampと、が図示されている。
Here, the calculation of the temperature prediction in step 105 will be described.
FIG. 9 is a diagram for explaining a temperature prediction model of the heating roll 42, and schematically shows a cross-sectional view cut along the axial direction of the heating roll 42.
The temperature prediction model shown in FIG. 9 divides the heating roll 42 into n cells along the axial direction. The cell width (division width) is dx. The temperature at a certain position i (i = 1 to n) is T i , the elastic layer 42c and the core layer 42r have no temperature distribution in the thickness direction, and the temperature in each cell is uniform. FIG. 9 illustrates the amount of heat q1 entering and exiting due to the axial heat conduction in the elastic layer 42c of the heating roll 42 and the amount of heat q2 entering and exiting due to the axial heat conduction in the core layer 42r of the heating roll 42. In FIG. 9, the amount of heat q3 moving from the inner surface of the heating roll 42 (the inner peripheral surface of the core layer 42r) to the air, and the amount of heat q4 moving from the surface of the heating roll 42 (the outer peripheral surface of the elastic layer 42c) to the air. Are shown. In FIG. 9, the amount of heat q5 transferred from the core layer 42 r of the heating roll 42 to the support 45, the amount of heat q6 transferred from the core layer 42 r of the heating roll 42 to the support 46, and the heating roll 42 by the halogen lamp 43. The lamp calorific value q lamp supplied to is shown.

図9を参照しながら、位置i=2〜n−1のセルの表面温度Tiの求め方について説明する。なお、表面温度Ti-1,Ti+1は、位置iのセルに隣接する他のセルの表面温度をいうものとする。
弾性層42cで軸方向熱伝導により出入りする熱量q1を、断面積Ac、熱伝導率λcから、
A method for obtaining the surface temperature T i of the cell at the position i = 2 to n−1 will be described with reference to FIG. 9. The surface temperatures T i−1 and T i + 1 are the surface temperatures of other cells adjacent to the cell at the position i.
The amount of heat q1 entering and exiting the elastic layer 42c by axial heat conduction is calculated from the cross-sectional area A c and the thermal conductivity λ c .

Figure 2009156968
とし、コア層42rで軸方向熱伝導により出入りする熱量q2を、断面積Ar、熱伝導率λrから、
Figure 2009156968
And the amount of heat q2 entering and exiting the core layer 42r by axial heat conduction is calculated from the cross-sectional area A r and the thermal conductivity λ r .

Figure 2009156968
とする。
Figure 2009156968
And

また、加熱ロール42の内面(コア層42rの内周面)から空気へ移動する熱量q3を、表面積Ain及び内部空気への熱伝達係数αinから、 Further, the amount of heat q3 to move from the inner surface (inner peripheral surface of the core layer 42r) to the air of the heating roll 42, the heat transfer coefficient alpha in to the surface area A in and internal air,

Figure 2009156968
とし、加熱ロール42の表面(弾性層42cの外周面)から空気へ移動する熱量q4を、表面積Aout及び外部空気への熱伝達係数αoutから、
Figure 2009156968
And the amount of heat q4 transferred from the surface of the heating roll 42 (the outer peripheral surface of the elastic layer 42c) to the air, from the surface area A out and the heat transfer coefficient α out to the external air,

Figure 2009156968
とする。なお、Tairは外気温度である。
Figure 2009156968
And Note that T air is the outside air temperature.

そして、加熱ロール42に供給されるランプ発熱量をqlampとすると、加熱ロール42の熱収支合計の熱量Qは、上記式1〜式4より、 And if the lamp calorific value supplied to the heating roll 42 is q lamp , the heat quantity Q of the total heat balance of the heating roll 42 is expressed by the above equations 1 to 4.

Figure 2009156968
である。なお、ランプ発熱量qlampは、供給される電流と電圧とが電力検出部49により検知され、その検出結果から供給電力量として算出されるものである。
Figure 2009156968
It is. Note that the lamp heat generation amount q lamp is calculated as a supply power amount from the detection result of the supplied current and voltage detected by the power detection unit 49.

一方、ある時間dt(秒)にセルの温度がdT(K)変化する場合に、このセルに蓄積される熱量Q(W)は、弾性層42c及びコア層42rの各熱容量C(J/m3・K)と弾性層42cの体積Vcとコア層42rの体積Vrとから、 On the other hand, when the cell temperature changes by dT (K) at a certain time dt (seconds), the heat quantity Q (W) accumulated in the cell is equal to the heat capacities C (J / m) of the elastic layer 42c and the core layer 42r. 3 · K), the volume V c of the elastic layer 42c, and the volume V r of the core layer 42r,

Figure 2009156968
である。そこで、式5及び式6より微分方程式
Figure 2009156968
It is. Therefore, the differential equation is obtained from Equation 5 and Equation 6.

Figure 2009156968
を解いて、加熱ロール42の位置i=2〜n−1における各セルの表面温度Tiを予測する。
Figure 2009156968
And the surface temperature T i of each cell at the position i = 2 to n−1 of the heating roll 42 is predicted.

次に、加熱ロール42の両端部の位置i=1,nのセルの表面温度T1,Tnの求め方について説明する。表面温度T1,Tnについては、支持体45,46への熱移動を考慮するため、位置i=2〜n−1の場合とは異なる式で予測する必要がある。なお、加熱ロール42のコア層42rのみが支持体45,46に接しているものとする。 Next, how to obtain the surface temperatures T 1 and T n of the cells at positions i = 1 and n at both ends of the heating roll 42 will be described. The surface temperatures T 1 and T n need to be predicted by a formula different from the case of the positions i = 2 to n−1 in order to consider the heat transfer to the supports 45 and 46. It is assumed that only the core layer 42 r of the heating roll 42 is in contact with the supports 45 and 46.

支持体45へ移動する熱量q5を、支持体45への熱伝達係数αs45、ロール断面積Ac、及び支持体45の温度Th45から、 The amount of heat q5 transferred to the support 45 is calculated from the heat transfer coefficient α s45 to the support 45, the roll cross-sectional area A c , and the temperature Th 45 of the support 45.

Figure 2009156968
とし、加熱ロール42の内部の熱伝導q1'は、
Figure 2009156968
And the heat conduction q1 ′ inside the heating roll 42 is

Figure 2009156968
とする。なお、式9には、弾性層42cの熱伝導が含まれていない。
Figure 2009156968
And Note that Equation 9 does not include the heat conduction of the elastic layer 42c.

ある時間dt(秒)にセルの温度がdT(K)変化する場合に、このセルに蓄積される熱量Q(W)は、   When the cell temperature changes by dT (K) at a certain time dt (seconds), the amount of heat Q (W) stored in this cell is

Figure 2009156968
として、式10と式3,式4,式8及び式9とから微分方程式
Figure 2009156968
From Equation 10, Equation 3, Equation 4, Equation 8, and Equation 9, the differential equation

Figure 2009156968
を解いて位置i=1のセルの表面温度T1を予測する。
Figure 2009156968
To predict the surface temperature T 1 of the cell at position i = 1.

同様に、支持体46へ移動する熱量q6を、支持体46への熱伝達係数αs46、ロール断面積Ac、及び支持体46の温度Th46から、 Similarly, the amount of heat q6 transferred to the support 46 is calculated from the heat transfer coefficient α s46 to the support 46, the roll cross-sectional area A c , and the temperature T h46 of the support 46.

Figure 2009156968
とし、加熱ロール42の内部の熱伝導q1''は、
Figure 2009156968
And the heat conduction q1 ″ inside the heating roll 42 is

Figure 2009156968
として、式10と式3,式4,式12及び式13から微分方程式
Figure 2009156968
From Equation 10, Equation 3, Equation 4, Equation 12, and Equation 13, the differential equation

Figure 2009156968
を解いて位置i=nのセルの表面温度Tnを予測する。なお、式13には、弾性層42cの熱伝導が含まれていない。
Figure 2009156968
To predict the surface temperature T n of the cell at position i = n. Note that Equation 13 does not include the heat conduction of the elastic layer 42c.

付言すると、本実施の形態では、放熱係数(熱伝達係数α)を予め記憶しておき、外気への熱量の移動と両端部への熱の移動(放熱)とを同時に解いて温度予測を行うものである。すなわち、本実施の形態では、外気への熱量の移動と両端部への熱の移動に関し、実測データを入力して熱伝導とランプ熱から求めた温度分布を補正するものではない。   In addition, in the present embodiment, a heat dissipation coefficient (heat transfer coefficient α) is stored in advance, and temperature prediction is performed by simultaneously solving the movement of heat to the outside air and the movement of heat to both ends (heat radiation). Is. That is, in the present embodiment, regarding the movement of heat quantity to the outside air and the movement of heat to both ends, the temperature distribution obtained from the heat conduction and the lamp heat is not corrected by inputting measured data.

図7に戻って、処理手順についての説明を続ける。
演算部51は、ステップ105での演算結果によって軸方向の最大温度差(軸方向の温度ムラ)Δt(図8の(b)参照)を求め、加熱制御部52に送信する。そして、加熱制御部52は、軸方向に関して加熱ロール42の表面温度に温度ムラが有るか否かを判断する(ステップ106)。すなわち、加熱制御部52は、演算部51から取得した最大温度差Δtが許容値以下かどうかを判断する。ここで用いる許容値は、予め記憶部50に記憶されており、加熱制御部52は、記憶部50から読み出すことにより許容値を取得する。
Returning to FIG. 7, the description of the processing procedure will be continued.
The calculation unit 51 obtains the maximum axial temperature difference (axial temperature unevenness) Δt (see FIG. 8B) based on the calculation result in step 105, and transmits it to the heating control unit 52. Then, the heating control unit 52 determines whether or not the surface temperature of the heating roll 42 is uneven in the axial direction (step 106). That is, the heating control unit 52 determines whether the maximum temperature difference Δt acquired from the calculation unit 51 is equal to or less than an allowable value. The allowable value used here is stored in advance in the storage unit 50, and the heating control unit 52 acquires the allowable value by reading from the storage unit 50.

加熱制御部52は、ステップ106において、最大温度差Δtが許容値以下で温度ムラがないと判断したときには、ステップ110に進み、また、最大温度差Δtが許容値を超えて温度ムラがあると判断したときには、制御方法の決定を行い(ステップ107)、後述するウォームアップ動作に移行する。   When it is determined in step 106 that the maximum temperature difference Δt is equal to or less than the allowable value and there is no temperature unevenness, the heating control unit 52 proceeds to step 110, and if the maximum temperature difference Δt exceeds the allowable value and there is temperature unevenness. When it is determined, the control method is determined (step 107), and the process proceeds to a warm-up operation described later.

ステップ107での制御方法の決定について更に説明する。制御方法の決定が行われる事項としては、点灯時間及び配熱パターンである。
点灯時間の決定では、配熱組み合わせパターンの中から1つ又は複数のパターンを選択し、各パターンの点灯時間を決定する。一例をもって説明すると、温度ムラが有るか否かの判断に用いられる許容値が10℃で、温度検知部47による検知温度が160℃に達するまでのウォームアップ時間の許容値(時間損失許容値)は、25秒−1秒であるとする。したがって、制御部40は、電源オン時のウォームアップ時には、これら2つの許容値以内になるように制御する必要がある。
The determination of the control method in step 107 will be further described. Matters for which the control method is determined are lighting time and heat distribution pattern.
In determining the lighting time, one or a plurality of patterns are selected from the heat distribution combination patterns, and the lighting time of each pattern is determined. To explain with an example, the allowable value used for determining whether or not there is temperature unevenness is 10 ° C., and the allowable value of the warm-up time until the temperature detected by the temperature detection unit 47 reaches 160 ° C. (time loss allowable value) Is 25 seconds-1 seconds. Therefore, it is necessary for the control unit 40 to perform control so as to be within these two allowable values during warm-up when the power is turned on.

加熱制御部52は、ある温度・電力状態における電源オン時の温度と時間を次のように予測したとする。すなわち、選択されている発熱分布は、図5の(a)に示すAパターンがデフォルトに設定されている場合に、予測ウォームアップ時間は25秒、予測温度差は20度であることを予測したとする。この予測結果は、予測温度差である最大温度差Δtが許容値の10℃を超えており、判定が「×」となっているため、制御方法を変更する必要がある。そこで、加熱制御部52は、発熱分布の候補を抽出する。この候補の抽出については、記憶部50(図6参照)に抽出のアルゴリズムを予め記憶しておき、必要に応じて読み出される。   It is assumed that the heating control unit 52 predicts the temperature and time when the power is turned on in a certain temperature / power state as follows. That is, the selected heat generation distribution is predicted to have a predicted warm-up time of 25 seconds and a predicted temperature difference of 20 degrees when the A pattern shown in FIG. 5A is set as the default. And This prediction result indicates that the maximum temperature difference Δt, which is the predicted temperature difference, exceeds the allowable value of 10 ° C., and the determination is “x”, so the control method needs to be changed. Therefore, the heating control unit 52 extracts heat generation distribution candidates. For extraction of candidates, an extraction algorithm is stored in advance in the storage unit 50 (see FIG. 6), and is read out as necessary.

仮に、候補Iとして、Aパターン及びEパターンを抽出し、また、候補IIとして、Aパターン及びFパターンを抽出したとする。その場合の抽出のアルゴリズムについて付言すると、この例の場合には、記憶されたAパターンからFターンまでの中で電力最大であるAパターンを優先的に使い、かつ、両端部の温度が高いとの温度予測がなされたために、両端部の配熱が低いEパターン又はFパターンを候補として抽出したものである。   Suppose that A pattern and E pattern are extracted as candidate I, and A pattern and F pattern are extracted as candidate II. In the case of this example, if the A pattern having the maximum power is preferentially used from the stored A pattern to the F turn, and the temperature at both ends is high Therefore, an E pattern or an F pattern with low heat distribution at both ends is extracted as a candidate.

図10は、候補I及び候補IIについて配熱パターンの点灯時間を変えた温度予測の結果を示す表である。上述した候補I及び候補IIの場合に、加熱制御部52が、候補I,IIで配熱パターンの点灯時間を変えた温度予測を実施することで、図10に示す結果を得る。この結果を用いて温度差及び損失時間について判定を行い、どちらも許容値内であるもの(最適パターン)を制御方法として採用する。すなわち、総合判定が「○」のものは、候補IIのイであり、具体的には、Aパターンの点灯時間が15秒、Fパターンの点灯時間が10.2秒の制御方法である。この制御方法によれば、予め設定されたウォームアップタイムからの時間遅れ許容値が−0.2秒であり、かつ、最大温度差Δtは、5.7℃であり、いずれも許容値の範囲内である。
なお、本実施の形態では、総合判定が「○」の制御方法が1つであるが、もし、総合判定が「○」の制御方法が複数ある場合には、消費電力が少ないもの又は時間損失の少ないものを採用することが考えられる。
FIG. 10 is a table showing the results of temperature prediction with the lighting time of the heat distribution pattern changed for candidate I and candidate II. In the case of candidate I and candidate II described above, the heating control unit 52 performs the temperature prediction by changing the lighting time of the heat distribution pattern with the candidates I and II, thereby obtaining the result shown in FIG. Using this result, the temperature difference and the loss time are determined, and both within the allowable values (optimum pattern) are adopted as the control method. That is, the case where the overall determination is “◯” is a candidate II a, and specifically, a control method in which the lighting time of the A pattern is 15 seconds and the lighting time of the F pattern is 10.2 seconds. According to this control method, the time delay allowable value from the preset warm-up time is −0.2 seconds, and the maximum temperature difference Δt is 5.7 ° C., both of which are within the allowable value range. Is within.
In this embodiment, there is only one control method with a comprehensive judgment of “O”. However, if there are a plurality of control methods with an overall judgment of “O”, the power consumption is low or the time is lost. It is conceivable to use one with less.

図7に戻って、ステップ107により制御方法が決定された後に行われるウォームアップ動作について説明する。まず、加熱制御部52は、ハロゲンランプ43の点灯を開始し(ステップ108)、その制御を行う(ステップ109)。このような制御は、温度検知を行わず、決定された点灯時間及び配熱パターンを基に行われる。また、このような制御は、ハロゲンランプ43への電力のカットオフ制御(デューティサイクル変更)で実現される。   Returning to FIG. 7, the warm-up operation performed after the control method is determined in step 107 will be described. First, the heating control unit 52 starts lighting the halogen lamp 43 (step 108), and performs the control (step 109). Such control is performed based on the determined lighting time and heat distribution pattern without performing temperature detection. Also, such control is realized by power cutoff control (duty cycle change) to the halogen lamp 43.

そして、加熱制御部52は、決定された配熱パターンで決定された点灯時間だけ点灯させると、ウォームアップ動作を終了し、レディ(Ready)状態にする(ステップ110)。具体的に説明すると、まずAパターンで15秒点灯した後にFパターンに切り替えて10.2秒点灯してレディ状態にする。   Then, when the heating control unit 52 is lit for the lighting time determined by the determined heat distribution pattern, the heating control unit 52 ends the warm-up operation and sets the ready state (step 110). More specifically, first, the A pattern is lit for 15 seconds, then the F pattern is switched to 10.2 seconds and then ready.

そして、温度検知部47は、加熱ロール42の表面の温度検知を行い(ステップ111)、劣化検出部54に検知温度を送信する。劣化検出部54は、その検知温度と加熱制御部52による予測温度との差を演算部に演算させ、演算結果により劣化の有無を判断する。すなわち、劣化検出部54は、検知温度と予測温度との差により、加熱ロール42の劣化を検出する。   Then, the temperature detection unit 47 detects the temperature of the surface of the heating roll 42 (step 111), and transmits the detected temperature to the deterioration detection unit 54. The deterioration detection unit 54 causes the calculation unit to calculate the difference between the detected temperature and the predicted temperature by the heating control unit 52, and determines the presence or absence of deterioration based on the calculation result. That is, the deterioration detector 54 detects the deterioration of the heating roll 42 based on the difference between the detected temperature and the predicted temperature.

更に説明すると、加熱制御部52による制御により、加熱ロール42の表面が所定の温度にまで昇温する。しかしながら、長期間の使用に伴う劣化によって加熱ロール42の弾性層42cの層厚変化が生じると、加熱制御部52による予測温度と温度検知部47による検知温度との間に誤差が生じる。そのような誤差は、予測制御の精度を低下させてしまう。そこで、劣化検出部54は、予測温度と検知温度との差分を基に、加熱ロール42の弾性層42cの層厚情報を補正するか否かを判断する(ステップ112)。   More specifically, the surface of the heating roll 42 is heated to a predetermined temperature by the control by the heating control unit 52. However, if the layer thickness change of the elastic layer 42c of the heating roll 42 occurs due to deterioration due to long-term use, an error occurs between the predicted temperature by the heating control unit 52 and the temperature detected by the temperature detection unit 47. Such an error reduces the accuracy of predictive control. Therefore, the deterioration detection unit 54 determines whether or not to correct the layer thickness information of the elastic layer 42c of the heating roll 42 based on the difference between the predicted temperature and the detected temperature (step 112).

劣化検出部54は、層厚情報を補正する必要があると判断すると、検知温度に基づいて弾性層42cの層厚を計算する。そして、劣化検出部54は、記憶部50に記憶されている弾性層42cの層厚を書き換えることで、情報補正を行う(ステップ113)。付言すると、次回の予測制御の際には、書き換えられた情報を用いて温度予測の演算が行われる。   When determining that the layer thickness information needs to be corrected, the deterioration detection unit 54 calculates the layer thickness of the elastic layer 42c based on the detected temperature. Then, the deterioration detection unit 54 performs information correction by rewriting the layer thickness of the elastic layer 42c stored in the storage unit 50 (step 113). In addition, in the next prediction control, a temperature prediction calculation is performed using the rewritten information.

層厚情報の補正について具体的に説明すると、図8の(c)に示すように、予測温度よりも検知温度の方が高くなっており、これにより、劣化検出部54は、弾性層42cの層厚が薄くなったことを検出できる。そして、劣化検出部54は、弾性層42cの層厚の補正が必要と判断すると、検知温度を基に弾性層42cの層厚を演算部51に算出させる。   The correction of the layer thickness information will be specifically described. As shown in FIG. 8C, the detected temperature is higher than the predicted temperature, so that the deterioration detection unit 54 can detect the elastic layer 42c. It can be detected that the layer thickness has decreased. When the deterioration detection unit 54 determines that the correction of the layer thickness of the elastic layer 42c is necessary, the deterioration detection unit 54 causes the calculation unit 51 to calculate the layer thickness of the elastic layer 42c based on the detected temperature.

図11は、本実施の形態によるウォームアップ制御を行った場合(最適化後)のレディ状態の温度分布とウォームアップ制御なしの場合(制御なし)のレディ状態の温度分布とを比較して示したグラフであり、縦軸は温度(℃)、横軸は加熱ロール42の軸方向の位置(mm)である。
図11に示すように、加熱ロール42での通紙域Pの両端側において、一点鎖線で示す制御なしの場合よりも実線で示す最適化後の場合の方がレディ状態の均一な温度分布になる。また、その温度ムラは、温度許容値としての例えば10℃以下のときに、許容範囲内になる。その一方で、通紙域Pの外では加熱ロール42の温度上昇が抑制され、電力の効率的活用を図ることが可能になる。
更に説明すると、例えば、2本のハロゲンランプ43a,43bを定格電力で同時に点灯すると、25秒ほどでレディ状態に到達する場合に、図5の(a)及び(f)を切り替えることでレディ状態の温度ムラが解消され、また、切り替えによるウォームアップタイムの損失は0.2秒程度である。
FIG. 11 shows a comparison between the temperature distribution in the ready state when the warm-up control according to the present embodiment is performed (after optimization) and the temperature distribution in the ready state without the warm-up control (no control). The vertical axis represents temperature (° C.), and the horizontal axis represents the position (mm) in the axial direction of the heating roll 42.
As shown in FIG. 11, at both ends of the paper passing area P with the heating roll 42, a more uniform temperature distribution in the ready state is obtained after the optimization shown by the solid line than when there is no control shown by the one-dot chain line. Become. The temperature unevenness falls within the allowable range when the temperature allowable value is, for example, 10 ° C. or less. On the other hand, outside the sheet passing area P, the temperature rise of the heating roll 42 is suppressed, and it is possible to efficiently use power.
More specifically, for example, when the two halogen lamps 43a and 43b are turned on simultaneously with the rated power, when the ready state is reached in about 25 seconds, the ready state is switched by switching between (a) and (f) in FIG. The temperature unevenness is eliminated, and the loss of warm-up time due to switching is about 0.2 seconds.

図12は、供給電力差によるウォームアップ制御の差を説明するグラフであり、縦軸が加熱ロール42の表面温度(℃)、横軸が経過時間(秒)である。なお、図12の破線は定格電力(定格電流)の場合を示し、実線は電力ばらつきが+10%の場合を示し、一点鎖線は電力ばらつきが−10%の場合を示している。
図12に示すように、供給電力の差により温度上昇の時間変化が大きく変わる。例えば、表面温度が160℃に達するとレディ状態になるとすると、定格電力のときには、約25秒でレディ状態になる。このため、特に電力ばらつきが+10%のときには、必要以上に高い温度に達することが考えられる。そこで、それぞれの最適タイミングと配熱パターンで制御を行うと、環境変動によらず、安定したレディ温度が確保できる。このように、最適制御の選択によるオーバーヒートの減少を図ることが可能になり、加熱ロール42の長寿命化が可能になる。
FIG. 12 is a graph for explaining a difference in warm-up control due to a difference in supply power, where the vertical axis represents the surface temperature (° C.) of the heating roll 42 and the horizontal axis represents the elapsed time (seconds). The broken line in FIG. 12 indicates the case of rated power (rated current), the solid line indicates the case where the power variation is + 10%, and the alternate long and short dash line indicates the case where the power variation is −10%.
As shown in FIG. 12, the time change of the temperature rise greatly changes due to the difference in the supplied power. For example, if the surface temperature reaches 160 ° C., the ready state is reached, and at the rated power, the ready state is reached in about 25 seconds. For this reason, it is conceivable that the temperature reaches an unnecessarily high temperature especially when the power variation is + 10%. Therefore, when the control is performed at each optimum timing and heat distribution pattern, a stable ready temperature can be ensured regardless of environmental fluctuations. As described above, it is possible to reduce overheating by selecting optimal control, and it is possible to extend the life of the heating roll 42.

図13は、加熱ロール42の弾性層42cの層厚劣化による予測誤差の補正を説明するグラフであり、縦軸が温度(℃)、横軸が加熱ロール42の軸方向の位置(mm)である。
図13に示す実線は、加熱ロール42の初期状態の場合の予測温度分布であり、弾性層42cが劣化して層厚が5%薄くなった場合(破線で図示)と比べると、弾性層42cの層厚劣化による予測誤差が生じる。そして、図7のステップ113での情報補正を行うことにより、層厚に応じた高精度な予測制御が可能になる。
FIG. 13 is a graph for explaining the correction of the prediction error due to the layer thickness deterioration of the elastic layer 42 c of the heating roll 42, where the vertical axis is the temperature (° C.) and the horizontal axis is the axial position (mm) of the heating roll 42. is there.
The solid line shown in FIG. 13 is the predicted temperature distribution in the initial state of the heating roll 42. Compared with the case where the elastic layer 42c is deteriorated and the layer thickness is reduced by 5% (shown by a broken line), the elastic layer 42c. A prediction error due to layer thickness degradation occurs. Then, by performing the information correction in step 113 in FIG. 7, highly accurate predictive control according to the layer thickness can be performed.

本実施の形態に係る画像定着装置を有する画像形成装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus having an image fixing device according to the present embodiment. 定着装置を構成する加熱ロール、ハロゲンランプ及び加圧ロールの横断面図である。It is a cross-sectional view of a heating roll, a halogen lamp, and a pressure roll constituting the fixing device. 加熱ロールの支持構造を説明する概略図である。It is the schematic explaining the support structure of a heating roll. (a)は、ハロゲンランプの構成を説明するための概略図であり、(b)及び(c)は、ハロゲンランプによる発熱分布を示すグラフである。(A) is the schematic for demonstrating the structure of a halogen lamp, (b) And (c) is a graph which shows the heat_generation | fever distribution by a halogen lamp. (a)〜(f)は、ハロゲンランプの組み合わせによる発熱分布を示すグラフである。(A)-(f) is a graph which shows the heat_generation | fever distribution by the combination of a halogen lamp. 定着装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a fixing device. 画像形成装置の主電源がオンになった後の処理手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a processing procedure after the main power supply of the image forming apparatus is turned on. (a)〜(c)は、定着装置の加熱ロールの軸方向における予測温度分布を示すグラフである。(A)-(c) is a graph which shows the estimated temperature distribution in the axial direction of the heating roll of a fixing device. 加熱ロールの温度予測モデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature prediction model of a heating roll. 候補I及び候補IIについて配熱パターンの点灯時間を変えた温度予測の結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of the temperature prediction which changed the lighting time of the heat distribution pattern about candidate I and candidate II. 本実施の形態によるウォームアップ制御を行った場合(最適化後)のレディ状態の温度分布とウォームアップ制御なしの場合(制御なし)のレディ状態の温度分布とを比較して示したグラフである。6 is a graph showing a comparison between a temperature distribution in a ready state when warm-up control according to the present embodiment is performed (after optimization) and a temperature distribution in a ready state without warm-up control (without control). . 供給電力差によるウォームアップ制御の差を説明するグラフである。It is a graph explaining the difference of warm-up control by supply power difference. 加熱ロールの弾性層の層厚劣化による予測誤差の補正を説明するグラフである。It is a graph explaining correction | amendment of the prediction error by the layer thickness degradation of the elastic layer of a heating roll.

符号の説明Explanation of symbols

40…制御部、41…定着装置、42…加熱ロール、42c,44c…弾性層、42r,44r…コア層、43,43a,43b…ハロゲンランプ、44…加圧ロール、45,46…支持体、47…温度検知部、48…電源、49…電力検出部、50…記憶部、51…演算部、52…加熱制御部、53…計時部、54…劣化検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 ... Control part, 41 ... Fixing device, 42 ... Heating roll, 42c, 44c ... Elastic layer, 42r, 44r ... Core layer, 43, 43a, 43b ... Halogen lamp, 44 ... Pressure roll, 45, 46 ... Support , 47 ... temperature detection unit, 48 ... power supply, 49 ... power detection unit, 50 ... storage unit, 51 ... calculation unit, 52 ... heating control unit, 53 ... timing unit, 54 ... deterioration detection unit

Claims (9)

互いに異なる複数の発熱分布の相互の切り替えが可能な発熱源と、
前記発熱源により加熱される所定幅の加熱領域を有する加熱部材と、
前記加熱部材に対峙して設けられ、用紙に転写されたトナー像を当該加熱部材と共に用紙に定着する加圧部材と、
前記発熱源による前記加熱部材の加熱が開始される際に当該発熱源による加熱後の当該加熱部材の前記加熱領域の温度分布を所定の演算により予測する予測手段と、
前記予測手段による予測結果を基に、前記発熱源の前記複数の発熱分布の中から前記加熱部材の加熱に用いる一又は複数の発熱分布と当該一又は複数の発熱分布での加熱時間とを、当該加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になるように決定する決定手段と、
を含む画像定着装置。
A heat source capable of switching between a plurality of different heat generation distributions;
A heating member having a heating area of a predetermined width heated by the heat source;
A pressure member provided opposite to the heating member and fixing the toner image transferred to the paper to the paper together with the heating member;
Predicting means for predicting a temperature distribution of the heating region of the heating member after heating by the heat source by a predetermined calculation when heating of the heating member by the heat source is started;
Based on the prediction result by the prediction means, one or a plurality of heat generation distributions used for heating the heating member from the plurality of heat generation distributions of the heat generation source and a heating time in the one or more heat generation distributions, Determining means for determining a temperature difference in the heating region of the heating member to be a predetermined value or less;
Including an image fixing device.
前記決定手段は、前記一又は複数の発熱分布と前記加熱時間とを、前記加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になると共に定着可能な状態に加熱されるまでの時間が所定範囲内になるように決定することを特徴とする請求項1に記載の画像定着装置。   The determining means sets the one or a plurality of heat generation distributions and the heating time to a predetermined time until the temperature difference in the heating region of the heating member becomes a predetermined value or less and is heated to a fixable state. The image fixing device according to claim 1, wherein the image fixing device is determined to be within a range. 前記予測手段での所定の演算は、前記発熱源の前記複数の発熱分布の情報と前記加熱部材の幅方向の熱伝導の情報と当該加熱部材から周囲空気への熱移動の情報と当該加熱部材から当該加熱部材を保持する保持部材への熱移動の情報とを用いた演算であることを特徴とする請求項1に記載の画像定着装置。   The predetermined calculation by the predicting means includes information on the plurality of heat generation distributions of the heat source, information on heat conduction in the width direction of the heating member, information on heat transfer from the heating member to ambient air, and the heating member. 2. The image fixing apparatus according to claim 1, wherein the calculation is performed using information on heat transfer from the heat to a holding member that holds the heating member. 定着可能な状態での前記加熱部材の表面温度を検知する温度検知手段と、
前記予測手段による予測結果と前記温度検知手段による検知結果との差を算出して前記加熱部材の劣化を検出する劣化検出手段と、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の画像定着装置。
Temperature detecting means for detecting the surface temperature of the heating member in a fixable state;
A deterioration detection means for calculating a difference between a prediction result by the prediction means and a detection result by the temperature detection means to detect deterioration of the heating member;
The image fixing apparatus according to claim 1, further comprising:
像保持体と、
前記像保持体に保持されたトナー像を記録媒体に対して転写せしめる転写装置と、
前記転写装置により転写されたトナー像を記録媒体に定着する定着装置と、
を含み、
前記定着装置は、
互いに異なる複数の発熱分布の相互の切り替えが可能な発熱源と、
前記発熱源により加熱される所定幅の加熱領域を有する加熱部材と、
前記加熱部材に対峙して設けられ、用紙に転写されたトナー像を当該加熱部材と共に用紙に定着する加圧部材と、
前記発熱源による前記加熱部材の加熱が開始される際に当該発熱源による加熱後の当該加熱部材の前記加熱領域の温度分布を所定の演算により予測する予測手段と、
前記予測手段による予測結果を基に、前記発熱源の前記複数の発熱分布の中から前記加熱部材の加熱に用いる一又は複数の発熱分布と当該一又は複数の発熱分布での加熱時間とを、当該加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になるように決定する決定手段と、
を含む画像形成装置。
An image carrier,
A transfer device for transferring the toner image held on the image carrier to a recording medium;
A fixing device for fixing the toner image transferred by the transfer device to a recording medium;
Including
The fixing device includes:
A heat source capable of switching between a plurality of different heat generation distributions;
A heating member having a heating area of a predetermined width heated by the heat source;
A pressure member provided opposite to the heating member and fixing the toner image transferred to the paper to the paper together with the heating member;
Predicting means for predicting a temperature distribution of the heating region of the heating member after heating by the heat source by a predetermined calculation when heating of the heating member by the heat source is started;
Based on the prediction result by the prediction means, one or a plurality of heat generation distributions used for heating the heating member from the plurality of heat generation distributions of the heat generation source and a heating time in the one or more heat generation distributions, Determining means for determining a temperature difference in the heating region of the heating member to be a predetermined value or less;
An image forming apparatus including:
前記決定手段は、前記一又は複数の発熱分布と前記加熱時間とを、前記加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になると共に定着可能な状態に加熱されるまでの時間が所定範囲内になるように決定することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。   The determining means sets the one or a plurality of heat generation distributions and the heating time to a predetermined time until the temperature difference in the heating region of the heating member becomes a predetermined value or less and is heated to a fixable state. The image forming apparatus according to claim 5, wherein the image forming apparatus is determined so as to fall within a range. 用紙に転写されたトナー像を加圧部材と共に用紙に定着する加熱部材の加熱領域を、互いに異なる複数の発熱分布の相互の切り替えが可能な発熱源で加熱する際に当該発熱源を制御するコンピュータ装置に、
前記発熱源による前記加熱部材の加熱が開始される際に当該発熱源による加熱後の当該加熱部材の前記加熱領域の温度分布を所定の演算により予測する予測機能と、
前記予測機能による予測結果を基に、前記発熱源の前記複数の発熱分布の中から前記加熱部材の加熱に用いる一又は複数の発熱分布と当該一又は複数の発熱分布での加熱時間とを、当該加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になるように決定する決定機能と、を実現させるプログラム。
A computer that controls a heat source when a heating region of a heating member that fixes a toner image transferred onto a paper together with a pressure member to the paper is heated by a heat source that can switch a plurality of different heat generation distributions. To the device,
A prediction function for predicting the temperature distribution of the heating region of the heating member after heating by the heat source by a predetermined calculation when heating of the heating member by the heat source is started;
Based on a prediction result by the prediction function, one or a plurality of heat generation distributions used for heating the heating member from the plurality of heat generation distributions of the heat source and a heating time in the one or more heat generation distributions, And a determination function for determining a temperature difference in the heating region of the heating member to be a predetermined value or less.
前記決定機能は、前記一又は複数の発熱分布と前記加熱時間とを、前記加熱部材の前記加熱領域での温度差が所定値以下になると共に定着可能な状態に加熱されるまでの時間が所定範囲内になるように決定することを特徴とする請求項7に記載のプログラム。   The determination function determines the one or more heat generation distributions and the heating time as a time until the temperature difference in the heating region of the heating member is equal to or less than a predetermined value and is heated to a fixable state. The program according to claim 7, wherein the program is determined to be within a range. 前記コンピュータ装置に、
定着可能な状態での前記加熱部材の表面温度を検知する温度検知機能と、
前記予測機能による予測結果と前記温度検知機能による検知結果との差を算出して前記加熱部材の劣化を検出する劣化検出機能と、
を更に実現させることを特徴とする請求項7に記載のプログラム。
In the computer device,
A temperature detection function for detecting the surface temperature of the heating member in a fixable state;
A deterioration detection function for detecting a deterioration of the heating member by calculating a difference between a prediction result by the prediction function and a detection result by the temperature detection function;
The program according to claim 7, further comprising:
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